STT-MRAM正在多个市场获得发展势头。“现在有两个用例。第一个是替代嵌入式闪存。另一个是会替代嵌入式 SRAM,这个用例更难一点。”Lam 的 Lill 说,“目前行业的共识是 认为STT-MRAM 是一种很好的嵌入式解决方案。相变和 ReRAM 可以成为单独的器件,ReRAM 也可以做嵌入式。”
多年以来,行业一直在探索能否将 STT-MRAM 发展成 DRAM 的一种替代技术。但目前这方面的努力仍处于研发阶段。
不管应用领域如何,要让这项技术更加主流,半导体行业还面临着一些困难。比如在汽车应用上,STT-MRAM 仍然需要证明自己能够满足高温环境中严格的可靠性和数据存留要求。
“设计和开发基本的 STT-MRAM 内存技术就花了许多年时间,” Web-Feet 的 Niebel 说,“开发一种新的 NVM 技术并将其投入生产需要至少 7 年时间,然后还需要另外 5 到 7 年才能将其整合进客户的产品周期中。”
因为这部分原因,Everspin 的 STT-MRAM 的目标定位是用于 SSD 和 RAID 系统中的写缓存应用。传统上,SSD 使用基于 DRAM 的缓冲区来帮助系统加速。但如果系统失去电源,数据就将面临风险。所以,SSD 还要集成电容器,但这会增加系统的成本。
为了解决这个问题,可以在 SSD 的写缓冲区使用 STT-MRAM。Everspin 的 LoPresti 说:“一旦数据写入到了我们的部件中,因为它们是非易失的,所以你就无需再连接超级电容或电池。”
嵌入式内存市场也在持续升温,尤其是 MCU 方面。一般来说,MCU 会在同一块芯片上集成多种组件,比如 CPU、SRAM、嵌入式内存和外设。NOR 闪存等嵌入式内存则被用于存储代码或其它功能。
MCU 正在从 40nm 节点向 28nm 节点迁移,NOR 也遵循同样的迁移路线。但在 20 几纳米节点,NOR 会开始遇到写入速度慢和耐久性的问题。它的成本也会更高,因为需要更多掩模步骤。
28nm 节点之后,NOR 难以扩展。联电的 Sheu 说:“所以人们在寻找替代方案。这就是这段时间嵌入式内存得到很大关注的原因。”
使用新的内存类型替代 NOR 并不是一项简单任务。Sheu 说:“这些参与竞争的全新内存类型要得到更广泛的采用,需要满足性能、可靠性、密度和成本这些关键要求。”
那这都会怎样发展呢?“我们继续预期 28nm 将会是一个长时间的节点。”他说,“28nm 节点已有的浮动栅极技术已经证明在这一领域效果非常好。性能、耐久性和成本上的优势让传统的 eNVM 成为了一种多用途解决方案。随着技术的成熟,它有望主导多种应用领域,比如未来几年的物联网、汽车和移动设备领域。”
其他人同意这个观点。 GlobalFoundries 的 Eggleston 说:“嵌入式闪存还将继续存在很长时间。对于那些不想改变的保守客户,他们将继续要求代工厂在扩展到更低的几何尺寸时提供嵌入式闪存。”
但是目前 STT-MRAM 似乎已经为 20 几纳米节点的嵌入式市场做好了准备。其它的内存类型还卡在研发阶段。“对于嵌入式,我们看到了对速度的需求。”Eggleston 说,“MRAM 可以提供很好的耐久性和很高的写入速度,写入能耗也很低。MRAM 所带来的成本增长与嵌入式闪存一样或还稍微少一点。”
在最近一篇论文中,GlobalFoundries 透露已经在一种 40 Mb 阵列中演示了 STT-MRAM 技术。这项技术有很低的误码率和 125 摄氏度下 10 年的数据存留时间,并且耐久性扩展到了大约 107 个周期。
根据这个数据,嵌入式 MRAM 即使对更严格的应用来说也堪称完美。他说:“嵌入式闪存将继续用于汽车应用,但在一些应用中,甚至是汽车应用中,eMRAM 可以替代。”
在另一个应用案例中,MCU 可以集成嵌入式 STT-MRAM 和 SRAM。MRAM 可以在代码存储上替代嵌入式闪存。
嵌入式 STT-MRAM 也可以承担一些基于 SRAM 的缓存功能,从而节省空间和成本。他说:“你不能摆脱 SRAM,但你可以减少板上 SRAM 的量。SRAM 和 eMRAM 可以一起工作。”
未来发展如何?
随着 STT-MRAM 的不断发展,行业也在研发更具未来感的 MRAM 技术。其中一种技术是自旋轨道转矩(spin orbit torque/SOT)MRAM,有望替代基于 SRAM 的缓存。
“有证据证明它们有更低的开关电流、更好的数据保存能力和更快的速度等优势,当然,现在这个研究还处于一个相当早的一个阶段。”Everspin的LoPresti说。
关键词:
STT-MRAM
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生产STT-MRAM难度大
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